(5)升溫速率的影響溫度程序包括加熱方法、升溫速率以及線性加熱或冷卻的線性度和重複性,它是影響差熱曲線最重要的實驗條件之一。升溫速率對差熱曲線的影響可以歸結為以下幾點。
①對有質量變化的反應(如化學反應)和沒有質量變化的反應(如相變反應),其影響途徑有著明顯的差別,且對前者的影響更大,加熱速率的增加使峰溫、峰高和峰麵積均增加,而與反應時間對應的峰寬減小。
②若以在試樣中直接測量的溫度作溫度軸,對沒有質量變化的反應,升溫速率對峰溫TP基本無影響,但會影響峰的振幅和曲線下部的麵積。
(6)爐內氣氛的影響這種影響由氣氛與試樣變化關係所決定。當試樣的變化過程有氣體釋出或與氣氛組分作用時,氣氛對差熱曲線的影響就特別顯著。在實際差熱分析時,通過選擇不同氣氛的組成、壓力和溫度,即可達到預期的實驗目的。
(7)試樣預處理的影響為了實現某一研究目的,在測定前需要對試樣進行某些化學處理或磨碎等物理處理,這些處理均可能對差熱分析帶來一定的影響。
(8)儀器的影響主要包括加熱方式、加熱爐的形狀、樣品支持物(均溫塊)及坩堝的影響、溫度測量及熱電偶的影響、電子儀器工作狀態的影響等。
總之,影響差熱分析的因素較多,在實際測量中,必須根據樣品和實驗條件,正確選擇實驗方案,才能得到有價值的結果。
(三)差示掃描量熱法
1.差示掃描量熱法的定義
在程序控溫條件下,測量輸入到物質和參比物的功率差與溫度關係的方法稱為差示掃描量熱法。差示掃描量熱法按所用的測量方法不同,又可分為功率補償型差示掃描量熱法和熱流型差示掃描量熱法兩種,兩種方法分別測量輸入試樣及參比物的功率差和溫度差。測得的曲線稱為差示掃描量熱曲線或DSC曲線。
2.差示掃描量熱儀的工作原理
(1)功率補償型差示掃描量熱儀該儀器由兩個交替工作的控製回路組成。平均溫度控製回路用於控製樣品按預定方式變化溫度,差示溫度控製回路用於維持兩個樣品支持器的溫度始終保持一致。
上述使試樣和參比物的溫度差始終保持為零的工作原理稱為動態零位平衡原理。這樣得到的DSC曲線,反映了輸入試樣和參比物的功率差與試樣和參比物的平均溫度,即程序溫度(或時間)的關係,峰麵積與熱效應成正比。
(2)熱流型差示掃描量熱儀熱流型差示掃描量熱儀,用於測量試樣和參比物的溫度差與溫度(或時間)關係,采用差熱電偶或差熱電堆測量溫度差,用熱電偶或熱電堆檢測試樣的溫度,用外加熱爐實現程序升溫,其顯著特點是定量測量性能較好。
3.差示掃描量熱法的影響因素
影響差示掃描量熱法的因素主要是樣品、實驗條件及儀器因素。其中樣品因素主要是試樣性質、粒度以及參比物的性質;實驗條件因素主要是升溫速率,它直接影響到差示掃描曲線的峰溫和峰形;儀器因素主要是爐內氣氛類型和氣體性質。
三、熱分析技術在食品分析中的應用
在食品研究領域中,近年來熱分析技術已引起人們的重視。它能夠分析熱容、質量變化、能量變化、容積變化以及黏彈性、流變性等方麵的變化,主要應用於研究水、澱粉、蛋白質、脂類及碳水化合物等組分的各種性質。
(一)熱分析技術在食品樣品水分分析中的應用
采用熱重法能方便地檢測食品中的含水量,在與差熱分析或差示掃描量熱法聯用時,還能確定水分的結合狀態。
(二)熱分析技術在樣品蛋白質研究中的應用
蛋白質的熱變性是食品加工中最典型的變性形式,熱是食品加工中最重要的加工參數,也是對蛋白質的穩定性影響最大的因素之一。蛋白質在熱變性過程中,吸收熱量後從有序狀態變為無序狀態,分子內固有結構被破壞,多肽鏈展開。若加熱溫度達到蛋白質的變性溫度,在熱分析圖譜上出現一個吸熱峰。通過吸熱峰的起始溫度、峰麵積,可以確定蛋白質的變性溫度、變性熱等參數。這些參數反映出了蛋白質的穩定性,也反映了蛋白質的變性動力學。
熱分析應用於樣品蛋白質分析的主要研究內容包括:①研究蛋白質的變性溫度;②研究蛋白質的變性溫度,從而確定蛋白質的組成成分;③區分食品蛋白質的熱穩定性和可逆變性等。
(三)熱分析技術在食品碳水化合物研究中的應用
采用熱分析技術,可以研究澱粉的凝膠化過程、玻璃化轉化溫度及改性澱粉的熱性質等。
(四)熱分析技術在食品乳化劑研究中的應用
根據食品乳化劑的物理性質和熱動力性質,可辨別其同質多晶體。三甘酯受熱時,會產生不同的DSC曲線。且三甘酯能夠以α、β以及β1′、β2′等形式存在。
此外,熱分析技術還可用於研究食品的糊化特性及添加劑的影響,油脂的氧化穩定性,混合油脂中的組分含量等。